煤巖儲層酸化改造可行性研究

龔 偉，李 鸘，宋軍政，鄧元洲

（1.中石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶大石壩 400061；2.中石油西南油氣田分公司金秋項目部，四川成都 610051；3.中石油川慶鉆探工程公司鉆采工程研究院，四川德陽 618300）

煤巖儲層中發育著大量的孔隙和天然裂縫，是典型的雙重介質結構。煤層氣以吸附狀態賦存于基質內壁中，當儲層壓力下降到臨界壓力以下時，煤層氣開始有吸附態轉為游離態，割理（天然裂縫）是煤層氣的主要滲流通道。然而，學者[1-4]通過研究發現盡管煤巖中的內生裂隙沒有完全閉合，但往往被方解石等巖石礦物所充填，使得儲層的滲透率非常低，嚴重制約煤層氣的排采效果。酸化增產技術廣泛應用于低滲油氣藏，但在煤層氣領域還處于探索階段。2012 年，趙文秀[5]對酸化技術清除煤層礦物質進行了初探，提出將酸化技術應用于清除煤層礦物質是有價值的，并且有待開展更深入、更廣泛地研究。

1 煤巖儲層潛在酸化改造礦物成分

煤中含有多種礦物質，主要為粘土類礦物、硫化物礦物、氧化物礦物和碳酸巖類礦物。碳酸鹽類礦物（如方解石，菱鐵礦）是潛在的酸化改造對象，方解石以充填裂隙為主（包括內生，構造裂）。在煤樣標本上，經常可見裂隙為方解石所完全充填，但破裂時依然順裂縫延伸。掃描電鏡分析知（見圖1），方解石晶間隙不發育，具兩組解理。煤樣裂隙被方解石部分充填或完全充填，是造成煤巖儲層孔道連通性差、滲透率低的主要原因，但對煤層穩定起到積極作用。

圖1 煤層球狀方解石

菱鐵礦（FeCO3）是另一種常見碳酸鹽礦物，多出現在礦化煤中，呈結核狀或分散晶粒狀（見圖2）。碳酸鹽礦物由于富含鈣、鎂、鐵等離子，在鹽酸酸化和土酸酸化過程中可能產生二次沉淀堵塞喉道，造成儲層損害。

圖2 煤層間蜂窩狀菱鐵礦

黃鐵礦具分布普遍，含量高的特點，黃鐵礦的產狀有：細粒鑲嵌散布于有機質中，晶體直徑可達1 mm，呈浸染狀和薄層狀，僅在部分組分內發育，掃描電鏡下觀察，黃鐵礦呈草莓集合體，充填溶孔，晶形好（見圖3）。黃鐵礦的存在，使煤巖的比重增加，強度提高，因黃鐵礦充填絲質組的微孔，各類氣孔而使煤巖的孔隙度降低。由于富含鐵離子，黃鐵礦具有可酸化性。

圖3 煤層中粒狀黃鐵礦

2 酸敏評價實驗儀器及流程

酸敏評價實驗裝置采用儀器如下：高溫、高壓多功能酸化流動儀、干燥器、溫度計、電子天平、計時秒表、造沫流量計、氮氣瓶。酸敏實驗評價程序如下：

（1）用地層水飽和巖心24 h，正向測定酸處理前的液體滲透率。

（2）反向注入0.5～1.0 倍孔隙體積的10 % HCl，停驅替泵，讓巖心與酸反應6 個小時。

（3）開驅替泵正向驅替，注入地層水，連續驅替，累積驅替量達到10～15 倍體積，連續測定pH 和滲透率，直到pH 和滲透率穩定為止，停止實驗。

根據國家天然氣行業標準中對酸敏性評價指標的劃分判斷煤巖的酸敏性程度，酸敏指數用下式計算：

式中：DK－水敏指數；Ki－15 %的HCl 溶液條件下測定的巖樣滲透率，×10-3μm2；Ki－1-5 %KCl 溶液巖樣滲透率，×10-3μm2。

具體酸敏程度評價標準（見表1）。

3 實驗結果

實驗用的四塊巖心的原始參數表（見表2）。

表1 酸敏性評價指標

表2 巖心原始參數表

計算酸敏指數（見表3）。

表3 巖心酸敏實驗評價結果

酸敏實驗前后滲透率變化情況（見圖4～8）。實驗結果表明：巖樣具有一定的酸溶性，酸液對煤心傷害后，滲透率得到明顯改善。

圖4 煤樣1 酸敏實驗曲線

圖5 煤樣2 酸敏實驗曲線

圖6 煤樣3 酸敏實驗曲線

圖7 煤樣4 酸敏實驗曲線

4 結論

（1）煤巖中發育著大量的天然裂縫，這些裂縫主要被碳酸鹽類礦物（如方解石，菱鐵礦等）等充填，導致煤巖滲透率極低。

（2）方解石、菱鐵礦等碳酸鹽類礦物具有一定酸溶性，酸化后煤巖滲透率可提高3～4 倍。

（3）煤巖儲層的酸化改造具有一定可行性，但未來還需繼續廣泛、深入研究，進而更好的指導現場生產實踐。

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